论文部分内容阅读
以三聚磷酸钠(STPP)作为辅助插层剂,采用化学氧化插层法分别制备了80目、100目、150目三种不同粒径的改性可膨胀石墨(EGP),分别记作EGP80、EGP100、EGP150。以插层物的膨胀容积(EV)为优化目标,筛选出EGP80、EGP100、EGP150适宜制备条件分别为:(1)以80目石墨为原料,控制C80:KMnO4:H2SO4(98%):STPP=1.0:0.2:5.0:0.6(质量比),反应温度40℃,反应时间40min,反应中H2SO4质量浓度为75%,所得EGP80的最大EV值为583mL/g,起始膨胀温度为186℃;(2)以100目石墨为原料,控制C100:KMnO4:H2SO4(98%):STPP=1.0:0.3:5.0:0.5(质量比),反应温度40℃,反应时间30min,反应中H2SO4质量浓度为75%,所得EGP100的最高EV100值为500mL/g,起始膨胀温度为218℃;(3)以150目石墨为原料,控制C150:KMnO4:H2SO4(98%):STPP=1.0:0.4:5.0:0.5(质量比),反应温度35℃,反应时间20min,反应中H2SO4质量浓度为70%,所得EGP150的最大EV值为266m L/g,起始膨胀温度为320℃。粒径越小,EV越小,起始膨胀温度越高,EGP的EV与粒径大小呈线性关系。扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了石墨和反应物之间的插层反应。分别将所制备的各50目、80目、100目、150目EGP与聚磷酸铵(APP II)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE)按照不同比例机械混合改性,对比考察EGP的粒度对其阻燃性能、力学性能及其与APP(Ⅱ)协同效应的影响。通过氧指数值(LOI)、UL-94垂直燃烧等级表征复合材料的燃烧性能;通过热重分析与微分热重分析(TG/DTG)表征材料的热稳定性变化,通过拉伸测试等手段考察阻燃剂添加对材料的机械性能的影响。结果表明:(1)各EGP均与APP在2:1质量比时,70LLDPE/20EGP/10APP与70HDPE/20EGP/10APP均表现出最高LOI值及垂直燃烧UL-94等级。(2)随着石墨粒径的减小,阻燃体系的LOI值及垂直燃烧UL-94等级均降低。(3)随EGP粒度减小最大失重温度依次增加,最大失重速率则减小,残炭率依次降低。(4)拉伸测试结果表明,石墨粒径越小,阻燃剂与基材的相容性越好,分散也越均匀。(5)既具有阻燃性,又具有较好的力学性能的复合材料分别为70 LLDPE/20EGP100/10APP。分别将STPP改性的EGP50、EGP80、EGP100、EGP150与聚磷酸铵(APP II)按照不同比例添加对硬聚氨酯泡沫(RPUF)进行改性。结果表明(1)当阻燃剂仅为EGP时,RPUF的密度随EGP添加质量增加而增大,而压缩强度均呈下降趋势。(2)当用APP部分置换EGP,APP所占比例与RPUF的密度和压缩强度均成正比关系。(3)当APP与EGP的质量比为1:1时,复合泡沫材料均表现出最好的阻燃性能、最低的热释放速率与总热释放量,而燃烧时间延长。(4)APP与EGP的协同添加使得80RPUF/10EGP/10APP在低温区热稳定性变差,而高温区热稳定性增强,残炭致密性高,可在燃烧过程起到很好的隔热、隔氧的作用阻燃效果。(5)热传导性能测试结果表明,80RPUF/10EGP/10APP的导热系数均低于0.03W/m·K,属于高效保温材料。(6)80RPUF/10EGP/10APP的憎水性能优于纯RPUF,可短时间内防水。而EGP粒径对阻燃复合材料性能的影响体现在:(1)EGP50对RPUF的破坏程度最大,80RPUF/10EGP80/10APP的泡孔完整度最好,用APP取代部分EGP可以降低破泡率。(2)EGP与APP以1:1质量比协同添加时,RPUF复合材料的密度随着EGP粒径减小而依次减小,而压缩强度随粒径的减小呈先升高后降低的趋势,其中以EGP80的压缩强度最大。(3)RPUF复合材料的LOI随EGP粒径的减小而降低,但是20%的添加量均能使RPUF成为难燃材料,且垂直燃烧等级为V-0。(4)低温区EGP粒径越小RPUF复合材料的稳定性越好;高温区EGP粒径越大,稳定性越好。(5)最大热释放速率和燃烧强度随EGP粒径的减小而增大。(6)800℃下最终残炭量随着EGP粒径的减小逐渐减小,残炭层间的致密度逐渐减低并容易脱落。